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Un Nuevo Avance en Estados Unidos Promete Transformar Los Enormes Y Complejos Láseres De Rayos X En Equipos Mucho Más Pequeños. Científicos Lograron Acelerar Electrones 1.000 Veces Más Rápido Que Lo Normal, Usando Una Técnica Innovadora Que Puede Llevar Esta Tecnología A Laboratorios Y Centros De Investigación Alrededor Del Mundo.
Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, en Estados Unidos, lograron demostrar un nuevo método para la generación de haces de electrones. Este proceso es esencial para el funcionamiento de láseres de rayos X. Lo más importante es que la técnica reduce drásticamente el tamaño de los equipos.
El trabajo utiliza aceleradores de plasma a láser compactos, llamados LPAs. Estos dispositivos logran acelerar electrones con una ganancia de hasta 1.000 veces en comparación con los aceleradores convencionales.
Esto significa que una estructura que antes necesitaba de kilómetros, ahora puede caber en unos pocos metros.
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Además, el nuevo método mostró un crecimiento exponencial de la radiación. Esto es fundamental para que los llamados láseres de electrones libres (XFELs) funcionen correctamente.
Más Potencia En Menos Espacio
Los XFELs son herramientas valiosas en la ciencia. Permiten que los investigadores examinen la estructura de la materia a niveles atómicos.
Se utilizan en áreas como biología, física, medicina e ingeniería de materiales.
El problema siempre ha sido el tamaño. Estos equipos gigantes solo existen en algunos lugares del mundo, debido al costo y la necesidad de grandes espacios.
Por lo tanto, el nuevo enfoque del Berkeley Lab puede cambiar este panorama. Usando el Centro de Aceleración a Láser (BELLA), los científicos crearon un haz de electrones de alta calidad utilizando solo un haz de láser.
Este láser genera ondas de densidad dentro de un plasma, acelerando los electrones sin la necesidad de estructuras tradicionales basadas en radiofrecuencia.
“Estamos aplicando nuestra larga experiencia con aceleradores de plasma para encoger los XFELs”, explicó el investigador Sam Barber, primer autor del estudio.
Resultados Consistentes En Varias Campañas
La confiabilidad fue otro aspecto destacado del estudio. Según Barber, las pruebas mostraron resultados positivos en decenas de campañas experimentales. Esto demuestra que la técnica es robusta y repetible.
Los LPAs utilizados alcanzaron gradientes de aceleración de hasta 100 gigavoltios por metro. Para comparación, los aceleradores convencionales llegan a solo 50 megavoltios por metro. Esta diferencia permite que los electrones ganen velocidad mucho más rápido, reduciendo drásticamente el tamaño de los equipos necesarios.
“Es un gran resultado”, afirmó Barber. “La ganancia de FEL de dos a tres órdenes de magnitud muestra que estamos en el camino correcto.”
Asociación Con El Sector Privado Y Nuevos Usos
La investigación contó con el apoyo de la empresa TAU Systems Inc., que ayudó a conectar los haces generados en plasma a los onduladores magnéticos. Estos onduladores son los dispositivos que generan los propios rayos X.
Para Stephen Milton, científico jefe de TAU Systems, el proyecto representa un cambio de paradigma. “Estos resultados del FEL confirman la premisa de que el LPA abrió un cambio revolucionario en la forma en que vemos los aceleradores”, comentó.
Además de permitir nuevas instalaciones compactas, esta tecnología también puede ser utilizada para mejorar los XFELs ya existentes.
Lo más importante es que puede aumentar el rendimiento de los sistemas actuales con la adición de haces de electrones más potentes.
Aplicaciones Prometedoras En Varias Áreas
Con la posibilidad de reducir el tamaño y el costo, los XFELs compactos pueden ser utilizados en lugares que antes no tenían acceso a esta tecnología. Esto incluye el uso directo en laboratorios universitarios, centros de investigación y hasta instalaciones médicas.
Las aplicaciones incluyen el análisis de proteínas complejas en biología, el estudio de nanoestructuras en nuevos materiales e incluso la producción de chips semiconductores con mayor precisión.
Carl Schroeder, científico del BELLA Center, cree que el avance va más allá de la aplicación actual. “El desarrollo de láseres de electrones libres basados en LPA es un trampolín para otras aplicaciones, como aceleradores lineales para física de alta energía”, afirmó.
Por lo tanto, el proyecto del Berkeley Lab no solo acorta distancias físicas, sino que también abre caminos para nuevos descubrimientos científicos en diversas áreas.
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